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群钻的各种钻型(8)

2019-02-13 00:00530
  第二十节  切屑控制与断屑

在钻孔过程中,切屑控制的重要任务是要保证顺利排屑。钻孔是一种半封闭式切削,切屑不能象车削那样自由排出。当切屑挤在孔里排不出来时,切削液也就不易流入,促使钻削温度增高,钻削力加大,加剧钻头磨损,严重时造成钻头折断或烧死。因此,排屑问题有时成为关键,特别是钻深孔时,人们常常要在中途几次退出钻头进行倒屑,实行“啄木鸟式”的分级进给,这不但影响生产效率,而且容易造成切屑把钻刃挤坏的情况。要想顺利排屑,主要应尽量减小切屑在留出过程中与孔壁、钻头之间的摩擦阻力,而这与切屑类型、钻头的几何形状和切屑在钻刃上流出的方向等有关。切屑太细碎,不利于排屑;切屑不断,缠绕在钻头上(在钻床上钻孔),也增加排屑阻力。

可见,排屑问题从钻孔过程来看,与分屑、卷屑和断屑三个方面密切联系,即切屑的宽窄、卷曲的形状、切屑的长短,都直接影响到排屑的顺利与否。

一、钻屑的分类及其形成条件

    关于金属切削中的切屑的分类,人们已进行了不少工作,并提出了多种分类的方案,如西德金属切削情报中心(INFOS)的十类分类法;日本精机学会的九型分类法,以及CIRP的分类方案。但其中主要是根据车削情况。鉴于钻孔中的特殊性,这里更主要是的按麻花钻钻孔的实际情况,总结归纳一下钻屑的歌种类型,如表5-20所示。钻孔中断屑常常是在出现过渡型切屑时实现。不仅带状屑常以过渡型实现断屑,而且螺卷短屑实际上也属于过渡型。人们可以利用这种切屑类型的变化与过渡来达到合理断屑的目的。另外,对切屑的要求和好坏,与加工方法、切削方式密切相关。在表5-20中所评述的切屑形状的好坏,主要只是针对在钻床上用麻花钻钻孔时而言的(钻头旋转)。

二、对切屑的要求

    如上所述,从麻花钻钻孔的实际情况出发,对切屑形状和长度的要求,既不同于车削,也不同于用深孔钻进行深孔钻削。对于后者,不论单刃外排屑深孔钻(枪钻)或内排屑深孔钻(如BTA深孔钻),均采用了一定压力和较大流量的切削液,可以辅助切屑的排出,而麻花钻则一般均为自然排屑。

    评定切屑特性的一个重要参数,为切屑容积系数ω。切屑容积系数是切屑空积与所切除材料体积之比。

ω=Vη/Vω

式中:Vω——金属切除量,是在一定时问内所切除的工件材料的原始体积;

Vη——该部分材料变为切屑后,切屑自然堆聚的体积。

显见,切屑容积系数ω除影响到切屑在工作地所占的存放空间外,特别是影响到排屑的顺利程度和操作安全性。根据统计资料,崩碎的屑(包括针状屑),ω=2~4;断裂单元屑(包括小C形屑),ω=5~6;折皱单元屑,ω=8~9;发条状屑,ω=10~15;半环状屑(包括大C形屑和带状短屑),ω=15~30;螺卷短屑(包括宝塔状屑),ω=30~50;螺卷长屑,ω=50~100;带状乱散屑,ω=100~300;带状直长屑,ω=300~400。

通常,对于内排屑深孔钻借助于切削液排屑时,由于排屑通道小,为保证切屑不堵塞,一般要求ω<10。

而对于麻花钻,ω过小并不适宜,一般要求ω=15~30 范围比较合适,即以带状短屑,螺卷短屑较好。通常切屑长度以在孔深长度和钻头工作部分长度之间较为合适。因此,用麻花钻钻孔的要求是合理断屑,即切屑不应太长也不应太碎。

对于钻铸铁类的脆性材料,一般产生碎末屑,不利于排屑。此时,应尽量控制刃形、刀具角度和切削用量,使其形成“假”带状屑。

三、合理断屑的措施

切屑断或不断的根本原因,在于切屑在形成过程中的变形和应力。这种变形和应力力图使切屑断裂,但切屑本身又有一种抗断能力,当变形(应力)超过了切屑的断裂极限,或者切屑变形运动不断变化,处于很不稳定状态时,切屑就会折断。因此,要想促使切屑达到断屑的目的时,就应该从问题的双方去入手,即:

第一,加大切屑在形成时和排屑时的变形和应力。

第二,降低切屑的断裂极限。

(一)增加切屑变形(或应力)的措施

切屑的总变形和应力由两方面组成,一方面是切屑刃把它从工件上切除下来时的基本变形,或叫内变形;另一方面,是切屑沿螺旋槽和孔壁间向外排出时,受到槽表面和孔壁的摩擦与碰撞,使它产生附加变形,或叫外变形。

因此,要增加切屑的变形,即应从这两方面着手。

1.增加基本变形的措施:

(1)将外刃用油石鐾出倒棱如图5-34a所示;或用砂轮磨出断屑面,如图5-34b所示,稍减小前角,根据断屑的需要使γnc≈10~15°,宽度bγ1约等于进给量。前角减小,则切屑变形加大。

(2)加大进给量,使f≥0.3~0.5毫米/转,这样切屑变厚,切屑变形加大。

(3)适当降低转速。因为,切屑在切除下来时,晶粒内部发生变形、位移,需要一定时间,因此,转速慢能使切屑变形更充分。

经验表明,用直径d≤20毫米的基本型群钻一般碳钢和普通合金结构钢,采用上面这三种措施互相配合,钻孔中把进给量f由小逐渐加大,可以得到比较满意的断屑效果。常常看到一段一段的切屑“叭、叭……”从孔中顺利跳出,其长度大约相当于钻头的工作部分长度,这种切屑最为理想。

2.增加附加变形的措施:

(1)在外刃上磨出断(卷) 屑台,如图5-35所示。切屑从刃口上流出时碰到这种螺旋槽上的阶台,阻挡它滑行,产生附加变形,在达到一定卷曲程度时折断。用这种方法在一般钢材上钻孔,断屑很可靠,用于较大的钻头钻塑性、韧性较高的合金结构钢(如20CrMnTi),断屑性能也较好。钻头越大,台宽bγ1与台深c的比值bγ1/c约为4~10;台深c约为刃带宽度的1/5~1/7,最大不得超过刃带宽度的额一半。在进给量f适当时,断屑很顺利。由于断屑好,切屑不堵不挤,摩擦减小,钻削力增加不多,如表5-21。如果bγ1/c太小,即台过深,则会使切屑太碎,引起崩刃,降低钻头耐用度,使切屑变形增大较多。

从这里,应该引起我们注意的,不论那种增加切屑变形的办法,都在同时增加了切削负荷,于是又产生了新的矛盾。因此,我们不能为了断屑而拼命加大切屑变形,而是应该根据具体材料、具体情况来适当处理。

(2)在钻头前面上磨出半圆坑断屑槽,如图5-36所示,在适当减小前角(γnc≈5°)的同时,研磨出半圆坑,主要用于钻合金结构钢,它的缺点是刃磨费事,重磨时耗费钻头较多。

(3)适当加大外刃锋角2Φ。控制切屑流出方向,使切屑不断蹩在钻头螺旋槽上产生附加变形。同时,由于锋角增大,加大了切屑厚度αc(αc=f/2sinΦ),从而加大了切屑变形,因此也有助于断屑。

(4)由钻床主轴带动切屑旋转产生的离心力,也能加大切屑的应力,将切屑甩断。

(5)刃磨出正的端面刃倾角λt,参看本章第十节钻无氧铜群体。

(6)钻头设计制造时,在刃瓣的尾根部分设置断屑阶台或棱面,参看第三章第四节。

(二)降低切屑断裂极限的措施

切屑的抗断能力与工件材料的性能(主要是塑性)及切屑的形状密切相关。

改善工件材料的断屑特性,一方面可以在允许的条件下,通过适当的热处理,使材料的塑性、韧性降低,便于断屑。另一方面,在钻孔中转速不应太高,并要注意充分冷却,防止切屑因温度过高,而变软变韧。经验还表明,切屑形状也影响到断屑情况。

(1)螺卷形——普通麻花钻一般切下这种切屑。当进给量不大时,切屑薄而宽,象一根螺旋弹簧一样,变得软而韧,排屑阻力不能传递到切屑根部,不容易断屑。但进给量足够大时,由于其容积系数ω较大,受到刃瓣尾根和孔壁的阻挡,能使其断屑。但排屑情况仍不够理想。

(2)扇形——群钻由于磨出了月牙形槽,圆弧刃部分的切屑,都成为短的扇形屑卷排出。这是因为这部分切削刃从两个方向上看,都成弧形(参看第三章和图4-7),即从正视图看,刃口是月牙圆弧形,各点的端面刃倾角λt变化也很大,这就引起各点切屑流出的方向不一致,切屑呈现复杂的卷曲情况,有利于断屑。

(3)窄条形——外刃磨出分屑槽后切出这种切屑,一般不易断。但当进给量较大时,切屑厚度增大,再加上一定的断屑措施,因此,一般能达到合理断屑的要求。

另外,近来还有一种特殊的切削方式——动力断屑法。它的原理是利用钻孔中进给量不断变化,造成切屑形成过程的不稳定、以及变形程度或断裂极限的变化来达到断屑。这种方法或者叫做脉动钻孔法。实现进给机构或者工件脉动振动的方式,可以是机械的(如万向节转动凸轮机构)、超声波的或电磁的,详见第二章第七节。

(三)断屑口诀

料软、粘、韧断屑难,     切屑变形是关键。

    锋角稍大、断屑台,       倒棱、圆槽、断屑面,

快进、慢转、冷却足,     对症下药屑易断。

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